隨著科學家致力于提高混凝土的硬度和耐久性，“神奇材料”石墨烯被證明是一種有前途的添加劑，這似乎并不奇怪。 作為世界上最強的人造材料，它可能能為建筑界提供很多東西，這個最新的例子來自日本東北學院的研究人員，他們開發(fā)了一種新型石墨烯填充水泥，具有很強的防水和抗裂性能。

水泥是世界上使用最廣泛的材料混凝土生產(chǎn)的關(guān)鍵成分，它對環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，約占全球溫室二氧化碳排放量的 8%。 研究人員希望通過開發(fā)使用壽命更長的混凝土形式來減輕這種負擔，從而減少對更多混凝土來替換受損結(jié)構(gòu)的需求。

混凝土結(jié)構(gòu)失效的原因之一是裂縫的發(fā)展，裂縫最初是微小的斷裂。 一旦水溶解到這些裂縫中，就會導致它們變大，直到整個東西需要修理或更換。 我們已經(jīng)聽說了一些有趣的方法，科學家們可能能夠干預這一過程，例如通過“自愈”混凝土，借助血液酶、真菌和特殊膠帶修復裂縫。

石墨烯也可能在其中發(fā)揮作用。 我們已經(jīng)聽說過有前途的混凝土原型，它使用塊狀石墨烯來增加透水性，甚至看到了如何將舊汽車輪胎轉(zhuǎn)化為石墨烯來生產(chǎn)更堅固的混凝土。 這項技術(shù)正開始進入現(xiàn)實世界，工程師最近在日本澆筑了世界上第一塊石墨烯增強混凝土板。

西南學院的研究人員仍在研究另一種增壓水泥配方，該配方結(jié)合了這些神奇材料的微小顆粒，使混凝土更加耐光。 該團隊對一系列顆粒類型進行了實驗，包括碳納米管、碳納米纖維和石墨烯納米片，然后通過一種稱為凹痕測試的先進技術(shù)測試它們的特性。 使用錐形探針對材料的微觀部位進行測試，以測試其斷裂響應。

“我還能夠同時觀察許多不同的材料，”該研究的主要作者安吉說。 “我的方法直接應用于微米和納米尺度，這節(jié)省了大量時間。然后在此基礎(chǔ)上，我們可以了解材料的行為方式、它們?nèi)绾纹屏?，并最終預測它們的抗裂性。”

這些實驗還允許科學家調(diào)整水泥的成分以提高其性能。 通過這個過程，團隊發(fā)現(xiàn)石墨烯納米片是獲勝的成分，并且他們發(fā)現(xiàn)可以少量添加石墨烯來提高成品的抗裂性。 這是通過增加材料的孔隙率來實現(xiàn)的，從而使透水率增加了 78%。

“納米粒子在這些應用中的作用直到現(xiàn)在才被人們所理解，所以這是一個重大突破。作為受過培訓的斷裂熱力學專家，我想了解如何改變水泥生產(chǎn)以改善斷裂響應，”博士說。

該研究發(fā)表在《皇家學會哲學匯刊 A》雜志上。